KR101491442B1 - Dry absorbent or inorganic carbonate conversion agent for carbon dioxide capture and storage using fly ash, and method for manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이산화탄소와 선택적으로 반응하여 가스기류에서 이산화탄소를 효율적으로 회수할 수 있는 활성성분과, 지지체로서 비산재를 포함하는 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제는 지지체로서 석탄비산재를 함유함으로써 폐기물로 분류되는 석탄비산재를 효율적으로 처리할 수 있고, 제조공정이 간단하고, 환경에 유해한 유기물질이 사용되지 않으므로 친환경적일 뿐만 아니라, 비산재가 첨가되지 않은 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제보다 이산화탄소 흡수율을 약 24% 상승시킬 수 있고, 탈착온도를 100 ℃ 이상 낮춤으로써 재생시 필요한 에너지의 약 22%를 저감할 수 있고, 재생이 어려울 경우 이산화탄소를 탄산염으로 전환하여 매립함으로써 이산화탄소의 저장도 가능하여 공정 설계의 유연성의 장점이 있으며, 또한 건축자재의 첨가제로서 사용될 수 있으므로, 폐기물에 대한 처리가 용이하므로 종래 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제를 대체하여 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to an active ingredient capable of selectively recovering carbon dioxide from a gas stream by selectively reacting with carbon dioxide, and a carbon dioxide dry sorbent or carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent containing a fly as a support. The carbon dioxide dry sorbent or carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent according to the present invention can efficiently treat coal fly ash that is classified as waste by containing coal fly ash as a support, and is easy to manufacture and does not use harmful organic substances Not only is it environmentally friendly, it can also increase the carbon dioxide uptake by about 24% and reduce the desorption temperature by more than 100 ° C, which is about 22% less than the carbon dioxide dry sorbent or carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent that does not contain fly ash It is possible to store carbon dioxide by converting carbon dioxide into carbonates when it is difficult to regenerate the carbon dioxide, which is advantageous in process design flexibility and can be used as an additive for building materials. Therefore, Suction The carbon dioxide or an inorganic carbonate conversion can be effectively used to replace the first.

Description

비산재를 이용한 이산화탄소 포집 및 저장을 위한 건식 흡수제 또는 무기탄산염 전환제, 및 이의 제조방법{Dry absorbent or inorganic carbonate conversion agent for carbon dioxide capture and storage using fly ash, and method for manufacturing thereof}Technical Field The present invention relates to a dry absorbent or inorganic carbonate conversion agent for capturing and storing carbon dioxide using fly ash,

본 발명은 화력발전소 등 산업체에서 화석연료를 사용함으로써 발생되어 대기로 배출되고 있는 이산화탄소를 건식 흡수기술 또는 무기탄산염 전환기술을 이용하여 대기로 방출되기 전에 회수하는 데 필요한 이산화탄소건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제에 관한 것이다.The present invention relates to a method for recovering carbon dioxide, which is generated by the use of fossil fuels in industrial plants such as thermal power plants and discharged to the atmosphere, by dry absorption technology or inorganic carbonate conversion technology before being discharged to the atmosphere, .

이산화탄소는 온실가스(greenhouse gas) 중의 하나로 화석연료의 사용증대에 따른 대기배출로 인해 지구온난화에 가장 심각한 영향을 미치는 것으로 알려졌다. 특히, 화력발전소, 제철소, 석유화학, 시멘트 산업 등의 대규모 연소설비에서 발생되는 이산화탄소는 대량으로 발생하기 때문에, 이들의 이산화탄소 대기배출을 제어하지 않으면 지구온난화로 인한 지구환경 재앙을 초래할 수도 있다. 따라서, 상기 이산화탄소의 대기 배출을 최소화시키기 위하여 이산화탄소 포집, 저장 기술에 대한 연구가 진행되고 있다.Carbon dioxide is one of the greenhouse gases known to have the greatest impact on global warming due to increased emissions of fossil fuels. In particular, since large amounts of carbon dioxide are generated in large-scale combustion facilities such as thermal power plants, steel mills, petrochemicals, and cement industries, if they do not control their CO 2 emissions, global warming may cause global warming. Accordingly, researches on carbon dioxide capture and storage technologies are being conducted to minimize the emission of carbon dioxide to the atmosphere.

이산화탄소 포집저장기술의 기본적인 개념은 발생된 이산화탄소를 포집(Capture)하여 이를 대기로 방출시키지 않고 처리하는 방법인 격리(Sequestration) 또는 저장(Storage)하는 기술을 총칭하는 것으로, 일반적으로 CCS(Carbon Capture and Storage)로 명명하고 있다. CCS는 화석연료를 지속적으로 사용하면서 온실가스 농도를 안정화하는 일련의 방법 중의 하나가 될 것이다. 이산화탄소포집저장기술은 총 감축비용을 줄이고, 온실가스배출 저감을 달성하는 데에 다양성을 증대시켜 주는 잠재력을 갖고 있다.The basic concept of carbon dioxide capture and storage technology is collectively referred to as sequestration or storage, which is a method of capturing generated carbon dioxide and treating it without releasing it to the atmosphere. Generally, carbon capture and storage (CCS) Storage). CCS will be one of a series of ways to stabilize greenhouse gas concentrations while continuing to use fossil fuels. Carbon dioxide capture and storage technologies have the potential to reduce total cost of ownership and increase diversity in achieving greenhouse gas emission reductions.

이산화탄소 포집기술은 연소 후(post-combustion), 연소 전(precombustion), 그리고 순산소연소(연소 중, oxyfuel combustion)의 3가지 형태로 분류할 수 있다. 연소 후 이산화탄소를 회수하는 방법에는 흡수법으로 습식법(wet scrubbing)과 건식법(dry scrubbing),흡착법, 막분리법, 심냉법 등이 있다. 현재까지의 상용화 기술은 대용량의 배가스의 CO2를 회수 또는 분리하는데 아직도 비용과 에너지소모가 커서 기술의 혁신이 필요하다.Carbon dioxide capture techniques can be classified into three types: post-combustion, precombustion, and oxyfuel combustion. Methods for recovering carbon dioxide after combustion include absorption methods such as wet scrubbing and dry scrubbing, adsorption, membrane separation, and deep-sea cooling. To date, commercialization technology is still costly and energy-consuming to recover or separate CO 2 from large-scale flue-gases, which requires technological innovation.

한편, 건식흡수제이용 기술은 기존의 습식용액 대신에 고체입자를 사용하여 CO2와 반응하여 안정된 화합물로 변하고, 다른 조건에서 CO2를 배출하고 원래의 화합물로 재생되는 원리를 갖고 있다. 소재로서 알칼리금속, 알칼리 토금속, 건식 아민 등의 다양한 건식재생용 흡수제가 개발되고 있다. 상기 건식흡수제이용 기술은 폐수가 발생되지 않고 부식문제가 적으며, 재생공정에서의 높은 에너지 소모의 문제점을 극복할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
On the other hand, the technology of using dry absorbent has the principle that solid particles are used instead of the conventional wet solution to react with CO 2 to become a stable compound, and CO 2 is discharged under other conditions and regenerated as an original compound. Various dry sorbents such as alkali metals, alkaline earth metals, and dry amines have been developed as materials. It is expected that the use of the dry absorbent will overcome the problem of high energy consumption in the regeneration process because the waste water is not generated and the corrosion problem is small.

종래 개발된 건식흡수제 관련 기술로는 다음과 같다.Conventionally developed dry absorbent related technologies are as follows.

건식 재생 흡수제에 관한 기술의 예로서, 미국 특허번호 4,810,266에는 지지체로 탄소분자체에 아민을 담지하여 연속 흡수/재생 시험을 실시하여 초기 이산화탄소(CO2) 흡수능력을 300시간 동안 유지할 수 있는 건식 재생 흡수제가 개시되어 있다. As an example of a description of a dry playback absorbents, U.S. Patent No. 4,810,266, the dry playback absorbent capable of maintaining the initial carbon dioxide (CO 2) absorption capacity by carrying the amine on tansobun itself as a support subjected to continuous absorption / regeneration tests for 300 hours .

이와 유사한 개념의 재생 고체 아민-흡수제에 관한 것으로서 미국특허 제5,876,488호에는 고농도의 아민을 고체 고분자 지지체에 함침시켜 상온에서 이산화탄소의 흡수속도와 재생속도를 증가시키고, 수분의 영향을 최소화시킨 건식 재생 흡수제가 개시되어 있으며 고정층에서 사용 가능함을 확인한 바 있다. 또한, 미국 특허 제5,091,358호에는 다공성 규조토 지지체에 활성성분인 탄산은(Ag2CO3)과, 이산화탄소(CO2) 흡수증진제로 Cs2CO3를 담지한 흡수제를 개발하여 160~220℃ 사이에서 이산화탄소(CO2)를 흡수/재생할 수 있음을 제시하고 있다.A similar concept of regenerating solid amine-absorbing agent is disclosed in U.S. Patent No. 5,876,488, which discloses a method of improving the absorption rate and regeneration rate of carbon dioxide at a room temperature by impregnating a high concentration amine with a solid polymer scaffold, And it has been confirmed that it can be used in a fixed layer. In addition, U.S. Patent No. 5,091,358 discloses an absorbent comprising carbon dioxide (Ag 2 CO 3 ) and carbon dioxide (CO 2 ) absorption promoting agent Cs 2 CO 3 as an active ingredient in a porous diatomaceous earth support, It is possible to absorb / regenerate carbon dioxide (CO 2 ).

이후 같은 연구자들은 상대습도가 낮은 밀폐공간에서 이산화탄소(CO2)의 흡수속도를 증가시키는 방법으로 조해성 알카리염(예 CsF)도 사용한바 있다.Since then, researchers have also used narcotic alkaline salts (eg, CsF) as a way to increase the absorption rate of carbon dioxide (CO 2 ) in confined spaces with low relative humidity.

대한민국 특허공개 제10-2011-0006073호에서는 아민 담지 계층 세공 구조를 갖는 실리카 모노리스 제조방법 및 이를 이용한 이산화탄소 건식 흡수제를 개시하고 있으며, 대한민국 특허등록 제10-0803325호에서는 저온영역에서 재생 가능한 이산화티탄을 포함하는 탄산알칼리 이산화탄소 고체 흡수제를 개시하고 있다.
Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0006073 discloses a method for producing a silica monolith having an amine-supported layer pore structure and a carbon dioxide dry absorbing agent using the same. In Korean Patent Registration No. 10-0803325, Carbon dioxide solid absorbent containing carbon dioxide.

그러나, 종래 개발된 건식 재생용 이산화탄소 흡수제는 일반적으로 지지체로서 활성탄, 제올라이트, 벤토나이트 등을 사용하였는데, 이 물질들은 고가의 재료이기 때문에 대부분 경제적인 측면에서 상용화가 어려운 문제가 있으며, 탈착시 500 ℃ 이상의 고온을 사용해야 하므로 에너지소비가 큰 문제가 있다.However, conventionally developed carbon dioxide absorbent for dry regeneration generally uses activated carbon, zeolite, bentonite or the like as a support material. Since these materials are expensive materials, most of them are difficult to commercialize in economical terms. There is a problem of energy consumption because it is necessary to use a high temperature.

따라서 본 발명의 목적은 화력발전소, 제철소, 석유화학, 시멘트 산업 등의 대규모 연소설비에서 발생되는 이산화탄소를 경제적으로 분리 회수하여 대기로 CO2가 배출되는 것을 억제하고 궁극적으로 지구온난화 등 환경문제를 해결하기 위한 대량 CO2 회수기술에 적합하고, 또한 경제적이면서 에너지소비가 적은 이산화탄소 회수용 공정에 부합되는 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to economically separate and recover carbon dioxide generated in a large-scale combustion facility such as a thermal power plant, a steel mill, a petrochemical industry, and a cement industry, thereby restricting CO 2 from being discharged into the atmosphere and ultimately solving environmental problems such as global warming suitable for bulk CO 2 recovery techniques for, and also to economical and provide a carbon dioxide or carbon dioxide, inorganic carbonates dry absorbent converting agent and a method of manufacturing the same which meet the carbon dioxide once the low-energy consumption receiving process.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 지지체로서 비산재를 포함하는 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a carbon dioxide dry absorbent or a carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent containing a fly as a support.

또한, 본 발명은 상기 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a process for preparing the carbon dioxide dry sorbent or the carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent.

본 발명에 따른 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제는 지지체로서 석탄비산재를 함유함으로써 폐기물로 분류되는 석탄비산재를 효율적으로 처리할 수 있고, 제조공정이 간단하고, 환경에 유해한 유기물질이 사용되지 않으므로 친환경적일 뿐만 아니라, 제조된 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제는 비산재가 첨가되지 않은 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제보다 이산화탄소 흡수율 또는 전환율을 약 24% 상승시킬 수 있고, 탈착개시온도를 100 ℃ 이상 낮춤으로써 재생시 필요한 에너지의 약 22%를 저감할 수 있고, 재생이 어려울 경우 이산화탄소를 무기탄산염으로 전환하여 매립함으로써 이산화탄소의 저장도 가능하여 공정의 유연성이 있으며, 또한 건축자재의 첨가제로서 사용될 수 있으므로, 폐기물에 대한 처리가 용이하다. 따라서, 본 발명에 따른 건식 재생용 이산화탄소 흡수제는 이러한 많은 이점이 있으므로 종래 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제를 대체하여 유용하게 사용될 수 있다.The carbon dioxide dry sorbent or carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent according to the present invention can efficiently treat coal fly ash that is classified as waste by containing coal fly ash as a support, and is easy to manufacture and does not use harmful organic substances In addition to being environmentally friendly, the produced carbon dioxide dry sorbent or carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent can increase the carbon dioxide absorption rate or conversion rate by about 24% compared with a carbon dioxide dry sorbent or carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent without added fly ash, It is possible to reduce the amount of energy required for regeneration by about 22%, and when it is difficult to regenerate, carbon dioxide can be stored by converting it into inorganic carbonate, thereby enabling the storage of carbon dioxide. Can be used, it is easy to handle for the waste. Therefore, the carbon dioxide absorbent for dry regeneration according to the present invention has many advantages such as the conventional carbon dioxide dry absorbent or the carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 비산재를 포함하는 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제의 흡수/탈착 성능을 나타내는 열중량 분석 그래프이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flow chart illustrating a method for preparing a carbon dioxide dry sorbent or carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a thermogravimetric analysis graph showing absorption / desorption performance of a carbon dioxide dry absorbent or a carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent containing fly ash according to an embodiment of the present invention. FIG.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 지지체로서 비산재를 포함하는 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제를 제공한다.The present invention provides a carbon dioxide dry sorbent or a carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent comprising fly as a support.

본 발명에 따른 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제는 활성성분, 및 지지체로서 비산재를 포함한다.The carbon dioxide dry absorbent or carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent according to the present invention comprises an active ingredient and a fly as a support.

본 발명에 따른 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제에 있어서, 상기 활성성분은 이산화탄소와 선택적으로 반응하여 가스기류에서 이산화탄소를 효율적으로 회수 분리할 수 있는 물질로서, 주기율표 1과 2족에 속하는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 탄산염 또는 중산탄산염으로 흡수, 전환될 수 있는 활성성분인 것이 바람직하다In the carbon dioxide dry absorbent or the carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent according to the present invention, the active ingredient is a substance capable of selectively recovering and separating carbon dioxide from a gas stream by selectively reacting with carbon dioxide, wherein the alkali metal belonging to group 1 and 2 of the periodic table Or an active ingredient which can be absorbed and converted into an alkaline earth metal carbonate or a bicarbonate carbonate

상기 활성성분은 총 고체 원료 중 바람직하게는 50-70 중량%(무게 중량 백분율)로 포함될 수 있다. 상기 활성성분은 앞서 기술한 바와 같이, 이산화탄소와 선택적으로 반응하여 가스기류에서 이산화탄소를 효율적으로 회수 분리할 수 있는 물질로서, 주기율표 1과 2족에 속하는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 탄산염 또는 중산탄산염으로 흡수, 전환될 수 있는 물질일 수 있는데, 바람직하게는 금속수산화물인 수산화나트륨 및 금속산화물인 산화칼슘의 조합이 사용될 수 있다. 상기 활성성분으로서 수산화나트륨 및 산화칼슘의 조합이 사용되는 경우, 상기 수산화나트륨 및 산화칼슘은 1:1의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.The active ingredient may preferably be present in the total solid feedstock in a proportion of 50-70% by weight (weight percent by weight). As described above, the active ingredient is a substance capable of selectively recovering and separating carbon dioxide from a gas stream by selectively reacting with carbon dioxide. The active ingredient is absorbed or absorbed by an alkali metal or an alkaline earth metal carbonate or a bicarbonate carbonate belonging to Group 1 and Group 2 of the periodic table, And a combination of sodium hydroxide, which is a metal hydroxide, and calcium oxide, which is a metal oxide, may be used. When a combination of sodium hydroxide and calcium oxide is used as the active ingredient, sodium hydroxide and calcium oxide are preferably mixed in a ratio of 1: 1.

상기 활성성분은 합성원료 또는 자연산 원료에 대한 제한은 없으나, 98%이상의 순도를 갖는 것이 바람직하다.
The active ingredient is not limited to a starting material for synthesis or a natural raw material, but preferably has a purity of 98% or more.

본 발명에 따른 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제에 있어서, 상기 지지체는 활성성분을 흡수제 입자 내에 잘 분포되게 하여 반응성을 높이고, 반응에 필요한 수분을 흡착 또는 흡수할 수 있는 특성을 가진다.In the carbon dioxide dry absorbent or the carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent according to the present invention, the support has properties such that the active ingredient is distributed well in the absorbent particle to increase the reactivity and adsorb or absorb the moisture required for the reaction.

종래 사용된 지지체로는 자체적으로 친수성을 갖거나, 흡수제에 친수성을 부여할 수 있는 것으로 활성탄, 제올라이트, 벤토나이트 등이 있었으나, 이들은 고가의 물질이므로 경제적인 측면에서 상용화가 어려운 문제가 있다.Zeolite, bentonite, and the like which have hydrophilicity on their own, or can impart hydrophilicity to the absorbent, are conventionally used as supports, but they are expensive materials, and therefore they are difficult to be commercialized in terms of economy.

본 발명은 상기 지지체로서 비산재를 사용하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized by using fly ash as the support.

상기 비산재는 각종 폐기물 소각 및 화력발전소에서 배출되는, 비표면적은 2,000~4,000 ㎤/g 정도인 다공성 구형 물질의 재이다. 일반적으로 상기 비산재는 매립하거나 건축자재의 원료로 사용되고 있으나, 상기 비산재를 이산화탄소 흡수제의 지지체로 이용한 경우는 아직까지 보고된 바 없다.The fly ash is a material of a porous spherical material having a specific surface area of about 2,000 to 4,000 cm 3 / g, which is discharged from various waste incineration and thermal power plants. In general, the fly ash is used as a raw material for landfill or building materials, but no case has been reported in which the fly ash is used as a support for a carbon dioxide absorbent.

본 출원인은 상기 비산재를 이산화탄소 흡수제의 지지체로 사용할 경우, 비산재가 포함되지 않은 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제에 비하여 이산화탄소 흡수량이 증가하고, 이산화탄소의 회수를 위한 탈착온도가 종래 비산재가 포함되지 않은 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제에 비하여 100 ℃ 이상 감소됨을 확인하였다.The present applicant has found that when the fly ash is used as a support for a carbon dioxide absorbent, the amount of carbon dioxide absorbed increases as compared with a carbon dioxide dry absorbent or a carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent which does not contain fly ash and the desorption temperature for recovering carbon dioxide It was confirmed that it was reduced by 100 ° C or more as compared with the carbon dioxide dry absorbent or the carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent.

따라서, 상기 비산재는 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제의 지지체로서 유용하게 사용될 수 있다.Therefore, the fly ash can be usefully used as a support for a carbon dioxide dry absorbent or a carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent.

본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제에 있어서, 상기 비산재는 석탄화력발전소에서 발전 후 폐기물 형태로 배출되는 석탄비산재인 것이 바람직하며, 총 고체 원료 중 30-50 중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 만일, 상기 활성성분이 수산화나트륨 및 산화칼슘의 조합인 경우, 본 발명에 따른 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제는 수산화나트륨, 산화칼슘 및 비산재가 무게비로서 1:1:1의 비율로 함유될 수 있다.
In the carbon dioxide absorbent according to the present invention, the fly ash is preferably a coal fly ash discharged from the coal-fired power plant in the form of waste after power generation, and preferably contains 30 to 50 wt% of the total solid feedstock. If the active ingredient is a combination of sodium hydroxide and calcium oxide, the carbon dioxide dry absorbent or the carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent according to the present invention may contain sodium hydroxide, calcium oxide and fly ash in a weight ratio of 1: 1: 1 .

또한, 본 발명은 상기 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a process for preparing the carbon dioxide dry sorbent or the carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent.

본 발명에 따른 제조방법은, 도 1에 나타낸 바와 같이,The manufacturing method according to the present invention, as shown in Fig . 1 ,

활성 성분, 및 지지체로서 비산재를 분쇄 및 교반하여 혼합물을 제조하는 단계(단계 1);A step of crushing and stirring the fly asan as an active ingredient and a support to prepare a mixture (step 1);

상기 단계 1에서 제조된 혼합물의 결합을 위해 상기 혼합물에 물을 첨가하는 단계(단계 2);Adding water to the mixture for binding of the mixture prepared in step 1 (step 2);

상기 단계 2에서 제조된 혼합물을 건조시키는 단계(단계 3); 및Drying the mixture prepared in step 2 (step 3); And

상기 단계 3에서 건조된 혼합물을 다시 분쇄 및 교반하여 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제를 제조하는 단계(단계 4)를 포함한다.
(Step 4) of preparing a carbon dioxide dry absorbent or a carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent by further pulverizing and stirring the mixture dried in step 3 above.

이하, 본 발명의 제조방법을 단계별로 상세히 설명한다.
Hereinafter, the production method of the present invention will be described step by step.

먼저, 단계 1은 활성성분 및 지지체로서 비산재를 포함하는 고체 원료를 분쇄 및 교반하여 혼합물을 제조하는 단계이다.First, Step 1 is a step of preparing a mixture by pulverizing and stirring a solid raw material containing an active ingredient and a fly as a support.

상기 단계는 상술한 활성성분 및 지지체로서 비산재를 취하여 분쇄 및 교반시킴으로써 활성성분 및 지지체의 혼합물을 제조하는 단계이다.The above step is a step of preparing a mixture of an active ingredient and a support by pulverizing and stirring the above-described fly asan as the active ingredient and the support.

상기 단계에 있어서, 분쇄 및 교반 방법은 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 이용할 수 있으며, 일례로 볼밀(ball mill) 등을 이용할 수 있다.In the above step, milling and stirring may be performed by a method commonly used in the art. For example, a ball mill or the like may be used.

이때, 상기 활성성분은 총 고체 원료 중 바람직하게는 50-70 중량%(무게 중량 백분율)일 수 있으며, 상기 비산재는 총 고체 원료 중 30-50 중량%를 포함할 수 있다. 만일, 상기 활성성분으로서 수산화나트륨 및 산화칼슘의 조합을 사용하는 경우에는, 수산화나트륨, 산화칼슘 및 비산재를 무게비로서 1:1:1의 비율로 혼합할 수 있다.
In this case, the active ingredient may be preferably 50-70 wt% (weight percentage by weight) of the total solid raw materials, and the fly ash may include 30-50 wt% of the total solid raw materials. If a combination of sodium hydroxide and calcium oxide is used as the active ingredient, sodium hydroxide, calcium oxide and fly ash can be mixed at a weight ratio of 1: 1: 1.

다음으로, 단계 2는 혼합물을 결합(binding)시키는 단계이다.Next, Step 2 is a step of binding the mixture.

상기 단계는 상기 단계 1에서 제조된 혼합물의 결합을 위해 상기 혼합물에 물을 첨가하는 단계이다.This step is to add water to the mixture for binding of the mixture prepared in step 1 above.

종래 이산화탄소 흡수제의 제조에서는 혼합물의 결합을 위하여 유기물질의 결합제를 사용하였으나, 본 발명은 상기 결합에 소량의 물만이 사용되므로, 환경친화적이며, 제조가 용이하다.Conventionally, in the production of the carbon dioxide absorbent, a binder of an organic material is used for bonding the mixture. However, since only a small amount of water is used in the bonding, the present invention is environmentally friendly and easy to manufacture.

이때, 첨가되는 물의 양은 상기 혼합물이 물에 용해 또는 혼합되어 균일하게 결합할 수 있을 정도이기만 하면, 양은 특별히 제한되지 않으나, 산화칼슘과 물의 이론적 양론 반응에 따른 몰분율의 1.5-3배 정도인 것이 바람직한데, 이는 물이 투입되면 산화칼슘이 물을 모두 흡수하여 수산화칼슘으로 변화하며(CaO+H2O->Ca(OH)2), 이때 양론적으로 필요한 물의 양은 산화칼슘에 대하여 몰비로 1:1이므로, 다른 성분과의 균일한 혼합을 위해 이보다 좀 더 많은 양의 물을 넣어야 하기 때문이다. 구체적으로, 상기 물은 산화칼슘의 무게를 기준으로 0.5~1.0 ml H2O/gCaO로 첨가하는 것이 바람직하다.
The amount of water to be added is not particularly limited as long as the amount of water to be added is such that the mixture can be dissolved or mixed to be uniformly bound to water, but it is preferably 1.5-3 times the molar fraction according to the theoretical stoichiometric reaction of calcium oxide and water (CaO + H 2 O -> Ca (OH) 2 ), where the amount of water required as a stoichiometry is 1: 1 in terms of molar ratio with respect to calcium oxide, This is because a larger amount of water must be added for uniform mixing with other ingredients. Specifically, the water is preferably added in an amount of 0.5 to 1.0 ml H 2 O / g CaO based on the weight of the calcium oxide.

다음으로, 단계 3은 혼합물을 건조시키는 단계이다.Next, Step 3 is a step of drying the mixture.

상기 단계에 있어서, 건조 방법은 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 이용할 수 있으며, 일례로 진공 펌프 등을 이용하여 진공 상태에서 건조시킬 수 있다.
In the above step, the drying method may be a method commonly used in the art. For example, a vacuum pump or the like may be used for drying in a vacuum state.

다음으로, 단계 4는 단계 3에서 건조된 혼합물을 다시 분쇄 및 교반하여 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제를 제조하는 단계이다.Next, Step 4 is a step of again grinding and stirring the dried mixture in Step 3 to prepare a carbon dioxide dry absorbent or a carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent.

상기 단계에 있어서, 분쇄 및 교반 방법은 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 이용할 수 있으며, 일례로 볼밀(ball mill) 등을 이용할 수 있다.
In the above step, milling and stirring may be performed by a method commonly used in the art. For example, a ball mill or the like may be used.

본 발명에 따른 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제는 지지체로서 석탄비산재를 함유함으로써 폐기물로 분류되는 석탄비산재를 효율적으로 처리할 수 있고, 제조공정이 간단하고, 환경에 유해한 유기물질이 사용되지 않으므로 친환경적일 뿐만 아니라, 제조된 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제는 비산재가 첨가되지 않은 이산화탄소 건식 흡수제보다 이산화탄소 흡수율을 약 24% 상승시킬 수 있고, 탈착온도를 100 ℃ 이상 낮춤으로써 재생시 필요한 에너지의 약 22%를 저감할 수 있고, 재생이 어려울 경우에는 무기탄산염 전환제로 취급되어 건축자재의 첨가제로서 사용될 수 있으므로, 폐기물에 대한 처리가 용이하다. 따라서, 본 발명에 따른 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제는 이러한 많은 이점이 있으므로 종래 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제를 대체하여 유용하게 사용될 수 있다.
The carbon dioxide dry sorbent or carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent according to the present invention can efficiently treat coal fly ash that is classified as waste by containing coal fly ash as a support, and is easy to manufacture and does not use harmful organic substances In addition to being environmentally friendly, the produced carbon dioxide dry sorbent or carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent can increase the carbon dioxide absorption rate by about 24% as compared with carbon dioxide dry sorbent without fly ash and lower the desorption temperature by more than 100 ° C, It can be reduced by about 22%. When it is difficult to regenerate, it can be treated as an inorganic carbonate conversion agent and can be used as an additive for building materials, so that it is easy to treat waste. Therefore, the carbon dioxide dry absorbent or the carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent according to the present invention has many advantages such as the conventional carbon dioxide dry absorbent or the carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent.

이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명할 것이나, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following Examples are only the preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited by the following Examples.

<< 실시예Example 1>  1>

지지체로서 As a support 비산재를Fly ash 사용한 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소  Used carbon dioxide dry absorbent or carbon dioxide 무기탄산염Inorganic carbonate 전환제( Conversion agent ( WNCFWNCF )의 제조)

수산화나트륨, 산화칼슘, 석탄비산재를 무게비율 1:1:1로 취하여 그릇(jar)에 넣고 볼밀을 이용하여 24시간 동안 충분히 교반시키면서 분쇄하였다. 이후, 산화칼슘의 무게를 기준으로 증류수를 0.65ml H2O/gCaO로 첨가하였다. 증류수를 첨가한 후에 진공펌프(Lab House, HS-VO27)를 이용하여 50℃, 진공상태로 2시간 이상 건조시켰다. 이후, 충분히 건조된 시료를 다시 분쇄, 교반하는 과정을 반복하여 최종적으로 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제를 제조하였다.
Sodium hydroxide, calcium oxide, and coal fly ash were weighed to a weight ratio of 1: 1: 1, placed in a jar, and milled while thoroughly stirring for 24 hours using a ball mill. Thereafter, distilled water was added to 0.65 ml H 2 O / g CaO based on the weight of calcium oxide. After adding distilled water, it was dried in a vacuum state at 50 ° C for 2 hours or more using a vacuum pump (Lab House, HS-VO27). Thereafter, the sufficiently dried sample was pulverized and stirred again to finally produce a carbon dioxide dry absorbent or a carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent.

<< 비교예Comparative Example > >

비산재를Fly ash 함유하지 않은 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소  Carbon dioxide dry absorbent or carbon dioxide 무기탄산염Inorganic carbonate 전환제( Conversion agent ( WNCWNC )의 제조)

혼합물에서 석탄비산재를 함유하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 방법으로 수행하여 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제를 제조하였다.
Carbon dioxide dry absorbent or carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent was prepared in the same manner as in the above example, except that the coal fly ash was not contained in the mixture.

<< 실험예Experimental Example > >

건식 재생용 이산화탄소 흡수제의 이산화탄소 흡수/탈착 성능 측정Carbon dioxide absorption / desorption performance measurement of carbon dioxide absorbent for dry regeneration

본 발명에 따른 비산재를 함유한 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제의 이산화탄소 흡수/탈착 또는 전환 성능을 알아보기 위하여 다음과 같이 열중량 분석을 수행하였다.In order to investigate the carbon dioxide absorption / desorption or conversion performance of the carbon dioxide dry absorbent or the carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent containing the fly ash according to the present invention, the following thermogravimetric analysis was performed.

(1) 이산화탄소 흡수 과정(1) Carbon dioxide absorption process

열중량 분석(TGA)에 실시예 및 비교예에서 제조한 건식 재생용 이산화탄소 흡수제를 각각 10 mg씩 놓고, 상온에서부터 최적흡수 온도가 되도록 분당 5℃의 승온속도로 이산화탄소를 흡수시키면서 열중량의 변화를 관찰하였다. 실험 결과, 550℃ 이후에서는 중량 증가가 멈추고 탈기로 인한 중량 감소가 관찰되어, 최적흡수온도를 550℃로 설정하였다. 상기 흡수구간을 다시 2구간으로 나누었다. 구체적으로, 1차 흡수 구간은 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제 중 수산화나트륨이 상온에서부터 이산화탄소와 흡수 반응하기 시작하고, 일부 남아있거나 또는 흡수 반응으로 인해 생성되는 수분의 탈착 또는 증발이 모두 진행됐을 거라 예상되는 온도 150℃까지이며, 그 이후 150~550℃를 2차 구간으로 설정하였다. 이후 분당 10℃로 상온(30℃)까지 냉각시켰다.10 mg of the carbon dioxide absorbent for dry regeneration prepared in Examples and Comparative Examples were placed in a thermogravimetric analysis (TGA), and the carbon dioxide was absorbed at a rate of temperature rise of 5 ° C. per minute so that the optimum absorption temperature could be obtained from the room temperature. Respectively. As a result of the experiment, after 550 ℃, weight gain was stopped and weight loss due to degassing was observed, and the optimum absorption temperature was set at 550 ℃. The absorption period was again divided into two sections. Specifically, in the first absorption period, the sodium hydroxide in the carbon dioxide dry absorbent or the carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent starts to absorb water from the room temperature at a temperature ranging from room temperature to the boiling point, and some of the moisture is removed or evaporated due to the absorption reaction The expected temperature is 150 ° C, and 150 ~ 550 ° C is set as the secondary section. And then cooled to room temperature (30 ° C) at 10 ° C per minute.

각 구간에서 나타난 무게증가량을 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제의 유효성분인 수산화나트륨과 산화칼슘의 성분, 조성을 토대로 하여 흡수량으로 환산하여 표 1 및 도 2에 나타내었다.The weight increment in each section is shown in Tables 1 and 2 in terms of the amount of absorption based on the composition of sodium hydroxide and calcium oxide, which are active ingredients of carbon dioxide dry absorbent or carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent.

이산화탄소 흡수량(%)Carbon dioxide absorption (%) 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소
무기탄산염 전환제
Carbon dioxide dry absorbent or carbon dioxide
Inorganic carbonate conversion agent
실시예(WNCF)Example (WNCF) 비교예(WNC)Comparative Example (WNC) 최종 (30-550 ℃)The final (30-550 ° C) 75.6275.62 51.4951.49 1차 구간(30-150 ℃)Primary section (30-150 ° C) 80.9080.90 51.6851.68 2차 구간(150-550 ℃)Secondary section (150-550 ° C) 71.8871.88 51.3551.35

표 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제는 지지체로서 비산재를 함유함으로써 이산화탄소를 70%이상 흡수 또는 전환하는 것으로 나타났으며, 이는 비산재를 함유하지 않은 건식 재생용 이산화탄소 흡수제(약 50%)보다 20% 이상 이산화탄소 흡수량 또는 전환량이 높은 것으로 나타났다.As shown in Table 1 and Fig. 2, the carbon dioxide dry absorbent or the carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent according to the present invention showed absorption or conversion of carbon dioxide by 70% or more by containing fly as a support, It has been shown that the amount of carbon dioxide absorbed or converted is 20% higher than that of carbon dioxide absorbent for dry regeneration (about 50%).

따라서, 본 발명에 따른 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제는 지지체로서 비산재를 함유함으로써 이산화탄소를 높은 흡수량으로 효과적으로 흡수 또는 전환함을 알 수 있다.
Accordingly, it can be seen that the carbon dioxide dry absorbent or the carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent according to the present invention effectively absorbs or converts carbon dioxide to a high absorption amount by containing fly as a support.

(2) 이산화탄소 탈착 과정(2) Carbon dioxide desorption process

상기 (1)의 방법과 동일하게 상온에서부터 800℃ 까지 분당 5℃의 승온속도로 열중량 분석을 진행하여 이산화탄소의 탈착이 개시되는 온도를 측정하여 표 2 및 도 2에 나타내었다.In the same manner as in the above (1), the thermogravimetric analysis was carried out at a heating rate of 5 ° C per minute from room temperature to 800 ° C, and the temperature at which the desorption of carbon dioxide was started was measured and shown in Table 2 and FIG.

실시예(WNCF)Example (WNCF) 비교예(WNC)Comparative Example (WNC) 탈착 온도(℃)Desorption temperature (캜) 438438 555555

표 2 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 비산재를 함유하는 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제는 탈착개시 온도가 438 ℃로서, 비산재를 함유하지 않은 경우(555 ℃)에 비하여 탈착온도가 100℃ 이상 낮은 것을 확인할 수 있다.As shown in Table 2 and FIG. 2, the carbon dioxide dry sorbent or carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent containing the fly ash according to the present invention had a desorption start temperature of 438 占 폚, which was higher than the desorption temperature Is lower than 100 캜.

따라서 본 발명에 따른 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제는 지지체로서 비산재를 함유함으로써 폐기물로 분류되는 비산재를 효율적으로 처리할 수 있고, 또한 제조된 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제는 비산재가 첨가되지 않은 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제보다 이산화탄소 흡수율을 약 24% 상승시킬 수 있고, 탈착온도를 100 ℃ 이상 낮춤으로써 재생시 필요한 에너지의 약 22%를 저감할 수 있으므로, 종래 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제를 대체하여 유용하게 사용될 수 있다.
Therefore, the carbon dioxide dry absorbent or the carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent according to the present invention can efficiently treat fly ash classified as waste by containing fly as a support, and the produced carbon dioxide dry absorbent or carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent can be added to fly ash The carbon dioxide absorption rate can be increased by about 24% and the desorption temperature can be lowered by 100 ° C or more, thereby reducing the energy required for regeneration by about 22%. Therefore, the carbon dioxide dry absorbent or the carbon dioxide- Carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

Claims (10)

이산화탄소와 선택적으로 반응하여 가스기류에서 이산화탄소를 효율적으로 회수할 수 있는 활성성분과 지지체로서 비산재를 포함하며, 상기 활성성분은 주기율표 1과 2족에 속하는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 탄산염 또는 중산탄산염으로 전환될 수 있는 금속수산화물인 수산화나트륨 및 금속산화물인 산화칼슘인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제로서;
상기 비산재는 석탄화력발전소에서 발전 후 폐기물 형태로 배출되는 석탄비산재인 것을 특징으로 하며,
상기 활성성분의 함량은 50-70 중량%이고, 상기 비산재의 함량은 30-50 중량%인 것을 특징으로 하며,
활성성분으로서 수산화나트륨 및 산화칼슘과 지지체로서 석탄비산재는, 상기 수산화나트륨, 산화칼슘 및 석탄비산재가 무게비로서 1:1:1로 포함되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제.
And a fly as a support capable of selectively recovering carbon dioxide from the gas stream by selectively reacting with carbon dioxide, wherein the active component is converted to an alkali metal or alkaline earth metal carbonate or a bionic carbonate belonging to Groups 1 and 2 of the Periodic Table A carbon dioxide dry absorbent or a carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent, characterized in that it is sodium hydroxide which is a metal hydroxide and calcium oxide which is a metal oxide;
The fly ash is a coal fly ash discharged from a coal-fired power plant in the form of waste after power generation.
Wherein the content of the active ingredient is 50-70 wt% and the content of the fly ash is 30-50 wt%
A carbon dioxide dry sorbent or carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent characterized in that sodium hydroxide and calcium oxide as active components and coal fly as a support are contained in a weight ratio of 1: 1: 1 as sodium hydroxide, calcium oxide and coal fly ash.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 활성성분으로서 수산화나트륨 및 산화칼슘, 및 지지체로서 석탄비산재를 무게비로 1:1:1의 비율로 넣고 분쇄 및 교반하여 혼합물을 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제조된 혼합물의 결합을 위해 상기 혼합물에 산화칼슘의 무게를 기준으로 0.5-1.0ml_H2O/gCaO의 물을 첨가하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 제조된 혼합물을 건조시키는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3에서 건조된 혼합물을 다시 분쇄 및 교반하여 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제를 제조하는 단계(단계 4)를 포함하는 이산화탄소 건식 흡수제 또는 이산화탄소 무기탄산염 전환제의 제조방법.
(Step 1) of preparing a mixture by mixing sodium hydroxide and calcium oxide as active ingredients and coal fly as a support in a weight ratio of 1: 1: 1, pulverizing and stirring the mixture;
Adding water of 0.5-1.0 ml_H 2 O / g CaO based on the weight of calcium oxide (step 2) to the mixture for binding of the mixture prepared in the step 1;
Drying the mixture prepared in step 2 (step 3); And
(Step 4) of producing a carbon dioxide dry absorbent or a carbon dioxide inorganic carbonate conversion agent by re-pulverizing and stirring the mixture dried in step 3 above (step 4).
삭제delete
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